JP6885510B2 - Skimmer cone and inductively coupled plasma mass spectrometer - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ質量分析装置等に用いられる、円錐状の部材の頂部に孔が形成されてなるスキマーコーンと、そのようなスキマーコーンを備えた誘導結合プラズマ質量分析装置に関する。 The present invention relates to a skimmer cone having a hole formed at the top of a conical member used in a plasma mass spectrometer or the like, and an inductively coupled plasma mass spectrometer provided with such a skimmer cone.

試料に含まれる元素を分析する装置の1つに誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)がある(例えば特許文献1)。誘導結合プラズマ質量分析装置は、リチウムからウランまで幅広い元素(ただし希ガス等の一部の元素を除く)をppt(parts per trillion=1兆分の1)レベルで分析できるという特長を有しており、例えば、海水、河川水などの環境試料に含まれる重金属元素を定量するために用いられている。 One of the devices for analyzing elements contained in a sample is an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) (for example, Patent Document 1). The inductively coupled plasma mass spectrometer has the feature that it can analyze a wide range of elements from lithium to uranium (excluding some elements such as rare gases) at the ppt (parts per trillion = 1/1 trillion) level. It is used to quantify heavy metal elements contained in environmental samples such as seawater and river water, for example.

図1に、誘導結合プラズマ質量分析装置100の要部構成を示す。
誘導結合プラズマ質量分析装置100は、誘導結合プラズマにより試料から原子イオンを生成するイオン化部110と、生成されたイオンを質量分離して検出する質量分析部130を有している。イオン化部110は、略大気圧であるイオン化室111に配置されたプラズマトーチ112を備えている。プラズマトーチ112は、ネブライザガスにより霧化した液体試料を流通させる試料管、該試料管の外周に形成されたプラズマガス管、及び該プラズマガス管の外周に形成された冷却ガス管から構成されている。イオン化部110では、試料管から噴霧される液体試料を、プラズマガス管から供給されるアルゴンガス等の原料ガスから生成した高温プラズマにより原子イオン化する。
FIG. 1 shows the main configuration of the inductively coupled plasma mass spectrometer 100.
The inductively coupled plasma mass spectrometer 100 includes an ionization unit 110 that generates atomic ions from a sample by inductively coupled plasma, and a mass spectrometer 130 that separates and detects the generated ions by mass separation. The ionization unit 110 includes a plasma torch 112 arranged in an ionization chamber 111 having a substantially atmospheric pressure. The plasma torch 112 is composed of a sample tube for flowing a liquid sample atomized by nebulizer gas, a plasma gas tube formed on the outer periphery of the sample tube, and a cooling gas tube formed on the outer periphery of the plasma gas tube. There is. In the ionization unit 110, the liquid sample sprayed from the sample tube is atomically ionized by high-temperature plasma generated from a raw material gas such as argon gas supplied from the plasma gas tube.

質量分析部130は、プラズマトーチ112の側から順に段階的に真空度が高められた第1真空室141、第2真空室142、及び第3真空室143を備えた多段差動排気系の構成を有する真空チャンバ131を備えている。第1真空室141の入口にはサンプリングコーン144が設けられている。また、第1真空室141と第2真空室142の間にはスキマーコーン145が設けられている。第2真空室142の内部には、イオンの飛行軌道を収束させるためのイオンレンズ146と、ヘリウムガス等の不活性ガスと衝突させることにより多原子イオン等の干渉イオンを除去するためのコリジョンセル147が配置されている。第3真空室143には、四重極マスフィルタ148(プリロッド及びメインロッド)と検出器149が配置されている。プラズマトーチ112で生成された原子イオンは、サンプリングコーン144とスキマーコーン145を通過することにより運動方向が揃えられて細径のイオンビームに成形された後、四重極マスフィルタ148により質量分離されて検出器149で検出される。 The mass spectrometer 130 comprises a multi-stage differential exhaust system including a first vacuum chamber 141, a second vacuum chamber 142, and a third vacuum chamber 143 in which the degree of vacuum is gradually increased from the side of the plasma torch 112. The vacuum chamber 131 is provided. A sampling cone 144 is provided at the inlet of the first vacuum chamber 141. Further, a skimmer cone 145 is provided between the first vacuum chamber 141 and the second vacuum chamber 142. Inside the second vacuum chamber 142, an ion lens 146 for converging the flight trajectory of ions and a collision cell for removing interfering ions such as polyatomic ions by colliding with an inert gas such as helium gas. 147 are arranged. A quadrupole mass filter 148 (pre-rod and main rod) and a detector 149 are arranged in the third vacuum chamber 143. Atomic ions generated by the plasma torch 112 pass through the sampling cone 144 and the skimmer cone 145 to align the movement directions and form a small-diameter ion beam, and then mass-separate by a quadrupole mass filter 148. Is detected by the detector 149.

プラズマトーチ112の先端部では、6,000〜10,000Kという高温のプラズマが放出され、その一部はサンプリングコーン144の外周面を伝わっていく。また、サンプリングコーン144に照射される高温プラズマの一部は該サンプリングコーン144の頂部に形成された孔を通過して第1真空室141に進入し、スキマーコーン145の外周面を伝わっていく。このように、サンプリングコーン144やスキマーコーン145は全体が加熱され高温になることから、内部を冷却水が流通する冷却ブロックを基部に取り付ける等の方法によりサンプリングコーン144とスキマーコーン145を冷却し、これらが溶けるのを防止している。 At the tip of the plasma torch 112, plasma having a high temperature of 6,000 to 10,000 K is emitted, and a part of the plasma travels along the outer peripheral surface of the sampling cone 144. Further, a part of the high temperature plasma irradiated to the sampling cone 144 passes through the hole formed at the top of the sampling cone 144, enters the first vacuum chamber 141, and travels on the outer peripheral surface of the skimmer cone 145. In this way, since the entire sampling cone 144 and skimmer cone 145 are heated to a high temperature, the sampling cone 144 and the skimmer cone 145 are cooled by a method such as attaching a cooling block through which cooling water flows inside to the base. It prevents these from melting.

特開平10−40857号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-40857

サンプリングコーン144を通過したプラズマおよび試料の一部は、超音速流となって断熱膨張する。そして、更にスキマーコーン145の頂部に形成された孔を通過して第2真空室142に入射する。サンプリングコーン144の頂部に形成される孔の大きさは例えば直径1.0mm程度である。また、スキマーコーン145の頂部に形成される孔の径は例えば直径0.5mm程度である。試料がスキマーコーン145の孔を通過する際、その孔の近傍で試料の一部がスキマーコーン145によって冷却される。これにより、イオン化された試料の一部が脱イオン化し、固体としてスキマーコーン145の表面に析出する。特に、濃度の高い試料が冷却されると、より短時間でスキマーコーン145の表面での析出量が増えていく。その結果、スキマーコーン145の頂部の孔がふさがれ、質量分析部130へのイオンの導入効率が著しく低下する。例えば、海水を希釈した溶液を元に調製した試料の場合、塩化ナトリウムやマグネシウムの塩が多く析出される。 The plasma and a part of the sample that have passed through the sampling cone 144 become a supersonic flow and adiabatically expand. Then, it further passes through the hole formed at the top of the skimmer cone 145 and is incident on the second vacuum chamber 142. The size of the hole formed at the top of the sampling cone 144 is, for example, about 1.0 mm in diameter. The diameter of the hole formed at the top of the skimmer cone 145 is, for example, about 0.5 mm. When the sample passes through the hole of the skimmer cone 145, a part of the sample is cooled by the skimmer cone 145 in the vicinity of the hole. As a result, a part of the ionized sample is deionized and precipitated as a solid on the surface of the skimmer cone 145. In particular, when the high-concentration sample is cooled, the amount of precipitation on the surface of the skimmer cone 145 increases in a shorter time. As a result, the hole at the top of the skimmer cone 145 is closed, and the efficiency of introducing ions into the mass spectrometer 130 is significantly reduced. For example, in the case of a sample prepared based on a diluted solution of seawater, a large amount of sodium chloride or magnesium salt is precipitated.

本発明が解決しようとする課題は、誘導結合プラズマ質量分析装置において、スキマーコーンの頂部に形成されている孔の近傍に塩等が析出するのを防止することである。 An object to be solved by the present invention is to prevent salt and the like from depositing in the vicinity of the pores formed at the top of the skimmer cone in an inductively coupled plasma mass spectrometer.

上記課題を解決するために成された本発明に係るスキマーコーンは、
円錐状の先端部の少なくとも一部の外周面又は/及び内周面において、周方向に形成された溝部を有する
ことを特徴とする。
The skimmer cone according to the present invention made to solve the above problems is
It is characterized by having a groove formed in the circumferential direction on at least a part of the outer peripheral surface and / and the inner peripheral surface of the conical tip portion.

本発明に係るスキマーコーンは、誘導結合プラズマ質量分析装置において用いることを想定したものである。誘導結合プラズマ質量分析装置は、誘導結合プラズマにより試料から原子イオンを生成するプラズマトーチを有するイオン源と、生成された原子イオンを質量分離して検出する質量分離部とを備えている。イオン源は大気圧空間に設けられ、質量分離部は、隔壁によって区画され後段側に向かって段階的に真空度が高められた複数の真空室を有する真空チャンバの内部に設けられる。真空チャンバの入口側にはイオン源で生成された原子イオンを細径のイオンビームに成形するためのサンプリングコーンが設けられる。本発明に係るスキマーコーンは、サンプリングコーンの後段に位置する隔壁に設けられる。スキマーコーンの外周面には、サンプリングコーンを通り抜けた高温のプラズマが照射される。高温プラズマの熱によりスキマーコーンが溶けるのを防止するために、スキマーコーンは、基部側(隔壁側)から、内部を冷却水が流通する冷却ブロックにより冷却される。あるいは隔壁を介して真空チャンバの外部の大気により冷却(空冷)される場合もある。いずれの場合でも、高温プラズマの照射によりスキマーコーンに加えられる熱はスキマーコーンの基部側に伝えられる。 The skimmer cone according to the present invention is intended to be used in an inductively coupled plasma mass spectrometer. The inductively coupled plasma mass spectrometer includes an ion source having a plasma torch that generates atomic ions from a sample by inductively coupled plasma, and a mass separator that separates and detects the generated atomic ions by mass separation. The ion source is provided in the atmospheric pressure space, and the mass separation portion is provided inside a vacuum chamber having a plurality of vacuum chambers partitioned by a partition wall and the degree of vacuum is gradually increased toward the rear stage side. A sampling cone for forming atomic ions generated by an ion source into a small-diameter ion beam is provided on the inlet side of the vacuum chamber. The skimmer cone according to the present invention is provided on a partition wall located after the sampling cone. The outer peripheral surface of the skimmer cone is irradiated with high-temperature plasma that has passed through the sampling cone. In order to prevent the skimmer cone from melting due to the heat of the high temperature plasma, the skimmer cone is cooled from the base side (partition side) by a cooling block through which cooling water flows. Alternatively, it may be cooled (air-cooled) by the atmosphere outside the vacuum chamber via the partition wall. In either case, the heat applied to the skimmer cone by irradiation with high temperature plasma is transferred to the base side of the skimmer cone.

本発明に係るスキマーコーンは、その外周面又は/及び内周面において、周方向に溝部が形成されている点に特徴を有する。この溝部は周方向の全周にわたって形成されたものであってもよく、あるいは周方向に部分的に形成されたものであっても良い。また、溝部の数は1つであってもよく、あるいは複数であってもよい。 The skimmer cone according to the present invention is characterized in that grooves are formed in the circumferential direction on the outer peripheral surface and / and the inner peripheral surface thereof. This groove may be formed over the entire circumference in the circumferential direction, or may be partially formed in the circumferential direction. Further, the number of grooves may be one or may be plural.

本発明に係るスキマーコーンでは、外周面又は/及び内周面に形成された溝部の位置において肉薄になることから、先端部から基部に向かって熱が伝えられる際に溝部の位置で熱が伝わる経路が狭くなる(断面積が小さくなる)ため、溝部が形成された位置よりも先端側(隔壁と反対側)の熱が基部側に伝わりにくくなる。これにより、サンプリングコーンの頂部に形成されている孔の近傍で試料から生成されたイオンが冷却されにくくなるため、該イオンが脱イオン化してスキマーコーンの頂部の孔の近傍に塩等が析出するのを防止することができる。 In the skimmer cone according to the present invention, since the skimmer cone becomes thin at the position of the groove formed on the outer peripheral surface and / and the inner peripheral surface, heat is transferred at the position of the groove when heat is transferred from the tip portion to the base portion. Since the path is narrowed (the cross-sectional area is small), the heat on the tip side (opposite to the partition wall) is less likely to be transferred to the base side than the position where the groove is formed. As a result, the ions generated from the sample are less likely to be cooled in the vicinity of the pores formed at the top of the sampling cone, so that the ions are deionized and salts and the like are precipitated in the vicinity of the pores at the top of the skimmer cone. Can be prevented.

本発明に係るスキマーコーンにおいて、前記溝部はスキマーコーンの外周面に形成されていることが好ましい。また、前記溝部の形状は特に限定されないが、該溝部の断面がL字状であることが好ましい。溝部をこのような形状とすることにより、フライス盤等を用いた加工によって溝部を容易に形成することができる。 In the skimmer cone according to the present invention, it is preferable that the groove portion is formed on the outer peripheral surface of the skimmer cone. The shape of the groove is not particularly limited, but the cross section of the groove is preferably L-shaped. By forming the groove portion in such a shape, the groove portion can be easily formed by processing using a milling machine or the like.

また、本発明に係るスキマーコーンを備えた誘導結合プラズマ質量分析装置は、
a) 原料ガスから生成したプラズマによって試料をイオン化するイオン化部と、
b) 大気圧よりも低い第1圧力に維持される第1空間と、該第1圧力よりも低い第2圧力に維持され前記イオン化部で生成されたイオンを質量分離する質量分離部や該質量分離部を通過したイオンを検出する検出器とが収容される第2空間とに区画された真空チャンバと、
c) 前記第1空間と前記第2空間とを区画する隔壁の、該第1空間の側に設けられたスキマーコーンであって、円錐状の先端部の少なくとも一部の外周面又は/及び内周面において、周方向に形成された溝部を有するスキマーコーンと
を備えることを特徴とする。
Further, the inductively coupled plasma mass spectrometer provided with the skimmer cone according to the present invention
a) An ionization unit that ionizes the sample with plasma generated from the raw material gas,
b) A mass separator and its mass that separate the first space maintained at a first pressure lower than atmospheric pressure and the ions generated at the ionization section maintained at a second pressure lower than the first pressure. A vacuum chamber partitioned into a second space in which a detector for detecting ions that have passed through the separation section is housed,
c) A skimmer cone provided on the side of the first space of the partition wall separating the first space and the second space, and at least a part of the outer peripheral surface and / or inside of the conical tip portion. It is characterized by including a skimmer cone having a groove formed in the circumferential direction on the peripheral surface.

誘導結合プラズマ質量分析装置において本発明に係るスキマーコーンを用いることにより、該スキマーコーンの頂部に形成されている孔の近傍に塩等が析出するのを防止することができる。 By using the skimmer cone according to the present invention in the inductively coupled plasma mass spectrometer, it is possible to prevent salt and the like from precipitating in the vicinity of the pores formed at the top of the skimmer cone.

誘導結合プラズマ質量分析装置の要部構成図。The block diagram of the main part of an inductively coupled plasma mass spectrometer. 本発明に係る誘導結合プラズマ質量分析装置の一実施例の要部構成図。FIG. 6 is a block diagram of a main part of an embodiment of an inductively coupled plasma mass spectrometer according to the present invention. 本実施例の誘導結合プラズマ質量分析装置の第1真空室近傍の拡大図。An enlarged view of the vicinity of the first vacuum chamber of the inductively coupled plasma mass spectrometer of this embodiment. 本発明に係るスキマーコーンの一実施例の先端部の拡大図。An enlarged view of a tip portion of an embodiment of a skimmer cone according to the present invention. 本発明に係るスキマーコーンの変形例の先端部の拡大図。An enlarged view of the tip of a modified example of the skimmer cone according to the present invention. 本発明に係るスキマーコーンの別の変形例の先端部の拡大図。An enlarged view of the tip of another modified example of the skimmer cone according to the present invention.

本発明に係るスキマーコーン及び誘導結合プラズマ質量分析装置の一実施例について、以下、図面を参照して説明する。 An embodiment of the skimmer cone and the inductively coupled plasma mass spectrometer according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2は本実施例の誘導結合プラズマ質量分析装置1の要部構成図である。この誘導結合プラズマ質量分析装置1は、大きく分けて、イオン化部10、質量分析部20、電源部30、及び制御部40からなる。 FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of the inductively coupled plasma mass spectrometer 1 of this embodiment. The inductively coupled plasma mass spectrometer 1 is roughly divided into an ionization unit 10, a mass spectrometer 20, a power supply unit 30, and a control unit 40.

イオン化部10は、略大気圧であり接地されたイオン化室11を有しており、その内部にプラズマトーチ12が配置されている。プラズマトーチ12は、ネブライザガスにより霧化した液体試料を流通させる試料管、該試料管の外周に形成されたプラズマガス管、及び該プラズマガス管の外周に形成された冷却ガス管から構成されている。また、プラズマトーチ12の試料管に液体試料を導入するオートサンプラ13、該試料管にネブライザガスを供給するネブライザガス供給源14、プラズマガス管にプラズマガス(アルゴンガス)を供給するプラズマガス供給源15、及び冷却ガス管に冷却ガスを供給する冷却ガス供給源(図示なし)を備えている。 The ionization unit 10 has an ionization chamber 11 which has a substantially atmospheric pressure and is grounded, and a plasma torch 12 is arranged inside the ionization chamber 11. The plasma torch 12 is composed of a sample tube for flowing a liquid sample atomized by nebulizer gas, a plasma gas tube formed on the outer periphery of the sample tube, and a cooling gas tube formed on the outer periphery of the plasma gas tube. There is. Further, an auto sampler 13 for introducing a liquid sample into the sample tube of the plasma torch 12, a nebulizer gas supply source 14 for supplying nebulizer gas to the sample tube, and a plasma gas supply source for supplying plasma gas (argon gas) to the plasma gas tube. 15. A cooling gas supply source (not shown) for supplying cooling gas to the cooling gas pipe is provided.

質量分析部20は、プラズマトーチ12の側から順に第1真空室21、第2真空室22、及び第3真空室24を備えている。第1真空室21はイオン化室11とのインターフェースである。第2真空室22には、イオンの飛行軌道を収束させるためのイオンレンズ221とコリジョンセル222が配置されている。第3真空室24には、四重極マスフィルタ241(プリロッド2411及びメインロッド2412)と検出器242が配置されている。本実施例では、真空チャンバが3つの真空室で構成されているが、真空室を区画する数は適宜に変更することができる。本実施例の第1真空室21は本発明における第1空間に相当し、第2真空室22及び第3真空室24は本発明における第2空間に相当する。第1真空室21の入口側の壁面にはサンプリングコーン211が設けられており、第1真空室21と第2真空室22の間の隔壁にはスキマーコーン224が設けられている。本実施例では四重極マスフィルタ241を備えた質量分析部20としたが、四重極マスフィルタ以外の質量分離部を用いることもできる。また、複数の質量分離部を備えた構成とすることもできる。 The mass spectrometer 20 includes a first vacuum chamber 21, a second vacuum chamber 22, and a third vacuum chamber 24 in this order from the side of the plasma torch 12. The first vacuum chamber 21 is an interface with the ionization chamber 11. In the second vacuum chamber 22, an ion lens 221 and a collision cell 222 for converging the flight trajectory of ions are arranged. A quadrupole mass filter 241 (pre-rod 2411 and main rod 2412) and a detector 242 are arranged in the third vacuum chamber 24. In this embodiment, the vacuum chamber is composed of three vacuum chambers, but the number of vacuum chambers to be partitioned can be appropriately changed. The first vacuum chamber 21 of this embodiment corresponds to the first space in the present invention, and the second vacuum chamber 22 and the third vacuum chamber 24 correspond to the second space in the present invention. A sampling cone 211 is provided on the wall surface on the inlet side of the first vacuum chamber 21, and a skimmer cone 224 is provided on the partition wall between the first vacuum chamber 21 and the second vacuum chamber 22. In this embodiment, the mass spectrometer 20 provided with the quadrupole mass filter 241 is used, but a mass separator other than the quadrupole mass filter can also be used. Further, the configuration may include a plurality of mass separation units.

制御部40は、記憶部41のほか、機能ブロックとして分析制御部42を備えている。制御部40の実体はパーソナルコンピュータであり、CPUにより所定のプログラム(質量分析用プログラム)を実行することにより分析制御部42が具現化される。また、制御部40にはキーボードやマウスといった入力部60、及び液晶ディスプレイ等の表示部70が接続されている。記憶部41には、検出器242からの出力信号のデータが順次、保存される。 The control unit 40 includes an analysis control unit 42 as a functional block in addition to the storage unit 41. The substance of the control unit 40 is a personal computer, and the analysis control unit 42 is embodied by executing a predetermined program (mass spectrometry program) by the CPU. Further, an input unit 60 such as a keyboard and a mouse and a display unit 70 such as a liquid crystal display are connected to the control unit 40. The data of the output signal from the detector 242 is sequentially stored in the storage unit 41.

使用者が入力部60を通じて分析開始を指示すると、オートサンプラ13によってプラズマトーチ12の試料管に液体試料が導入される。試料管に導入された液体試料は、ネブライザガス供給源14から供給されるネブライザガス(例えば窒素ガス)によって霧化されてイオン化室11に噴霧される。また、これと並行してプラズマガス供給源15から供給されるプラズマガス(例えばアルゴンガス)から誘導結合プラズマが生成される。試料管から噴霧された液体試料は誘導結合プラズマによって原子イオン化される。イオン化部10のプラズマトーチ12で生成される6,000〜10,000Kという高温のプラズマは、サンプリングコーン211の外周面に沿って伝わり、これによりサンプリングコーン211の全体が加熱される。また、プラズマの一部はサンプリングコーン211の頂部の孔を通過してスキマーコーン224の外周面に沿って伝わり、これによりスキマーコーン224の全体が加熱される。このように、サンプリングコーン211やスキマーコーン224は加熱され高温になることから、これらを冷却するために後述するような冷却機構が設けられている。 When the user instructs the start of analysis through the input unit 60, the autosampler 13 introduces the liquid sample into the sample tube of the plasma torch 12. The liquid sample introduced into the sample tube is atomized by the nebulizer gas (for example, nitrogen gas) supplied from the nebulizer gas supply source 14 and sprayed into the ionization chamber 11. In parallel with this, inductively coupled plasma is generated from the plasma gas (for example, argon gas) supplied from the plasma gas supply source 15. The liquid sample sprayed from the sample tube is atomically ionized by inductively coupled plasma. The high-temperature plasma of 6,000 to 10,000 K generated by the plasma torch 12 of the ionization unit 10 is transmitted along the outer peripheral surface of the sampling cone 211, whereby the entire sampling cone 211 is heated. Further, a part of the plasma passes through the hole at the top of the sampling cone 211 and propagates along the outer peripheral surface of the skimmer cone 224, whereby the entire skimmer cone 224 is heated. As described above, since the sampling cone 211 and the skimmer cone 224 are heated to a high temperature, a cooling mechanism as described later is provided to cool them.

イオン化部10で生成された原子イオンは、サンプリングコーン211の頂部に形成されている孔を通って真空チャンバ内の第1真空室21に導入される。サンプリングコーン211を通過したプラズマおよび試料の一部は、超音速流となって断熱膨張しながらスキマーコーン224の頂部に形成された孔を通過して第2真空室22に入射する。試料がスキマーコーン224の孔を通過する際、孔近傍を通る試料はスキマーコーン224によって冷却される。サンプリングコーン211の孔の径は典型的には直径1.0mm程度である。また、スキマーコーン224の孔の径はサンプリングコーン211の孔よりも小さく(即ち、典型的には直径1.0mm以下)、例えば直径0.5mm程度である。 The atomic ions generated by the ionization unit 10 are introduced into the first vacuum chamber 21 in the vacuum chamber through the holes formed at the top of the sampling cone 211. The plasma and a part of the sample that have passed through the sampling cone 211 pass through a hole formed at the top of the skimmer cone 224 while adiabatically expanding as a supersonic flow, and enter the second vacuum chamber 22. When the sample passes through the hole of the skimmer cone 224, the sample passing near the hole is cooled by the skimmer cone 224. The diameter of the hole of the sampling cone 211 is typically about 1.0 mm in diameter. Further, the diameter of the hole of the skimmer cone 224 is smaller than the hole of the sampling cone 211 (that is, typically 1.0 mm or less in diameter), for example, about 0.5 mm in diameter.

図3に第1真空室21近傍の概略構成を示す。上述の通り、第1真空室21の入口にはサンプリングコーン211が、第1真空室21と第2真空室22の間にはスキマーコーン224が、それぞれ設けられている。また、質量分析部20を収容する真空チャンバ20aの内面にはL字状の冷却ブロック212が取り付けられている。L字の長辺にあたる部分は真空チャンバ20aの内壁面に取り付けられており、その一端(短辺にあたる部分とは反対の側)は、サンプリングコーン211の基部と接触している。また、L字の短辺にあたる部分にはスキマーコーン224の基部がねじ止めされており、スキマーコーン224は着脱可能となっている。冷却ブロック212の内部には冷却水の流路が形成されており、この冷却ブロック212によりサンプリングコーン211とスキマーコーン224が冷却される。これにより、プラズマトーチ12で発生した高温のプラズマによってサンプリングコーン211やスキマーコーン224が溶けるのを防止している。本実施例では冷却ブロック212によりサンプリングコーン211とスキマーコーン224を冷却しているが、冷却方法は任意であり、隔壁を介して真空チャンバ20aの外部の大気により冷却(空冷)する等の構成を採ることもできる。いずれの場合でも、高温プラズマの照射によりスキマーコーン224に加えられる熱はスキマーコーン224の基部側に伝えられる。なお、本実施例ではスキマーコーン224を着脱可能としたが、第1真空室21と第2真空室22の間の隔壁と一体的に構成してもよい。 FIG. 3 shows a schematic configuration in the vicinity of the first vacuum chamber 21. As described above, a sampling cone 211 is provided at the inlet of the first vacuum chamber 21, and a skimmer cone 224 is provided between the first vacuum chamber 21 and the second vacuum chamber 22. Further, an L-shaped cooling block 212 is attached to the inner surface of the vacuum chamber 20a that houses the mass spectrometer 20. The portion corresponding to the long side of the L-shape is attached to the inner wall surface of the vacuum chamber 20a, and one end thereof (the side opposite to the portion corresponding to the short side) is in contact with the base of the sampling cone 211. Further, the base of the skimmer cone 224 is screwed to the portion corresponding to the short side of the L-shape, and the skimmer cone 224 is removable. A flow path for cooling water is formed inside the cooling block 212, and the sampling cone 211 and the skimmer cone 224 are cooled by the cooling block 212. This prevents the sampling cone 211 and the skimmer cone 224 from being melted by the high-temperature plasma generated by the plasma torch 12. In this embodiment, the sampling cone 211 and the skimmer cone 224 are cooled by the cooling block 212, but the cooling method is arbitrary, and the vacuum chamber 20a is cooled (air-cooled) by the outside air through the partition wall. You can also take it. In either case, the heat applied to the skimmer cone 224 by irradiation with the high temperature plasma is transferred to the base side of the skimmer cone 224. Although the skimmer cone 224 is removable in this embodiment, it may be integrally configured with the partition wall between the first vacuum chamber 21 and the second vacuum chamber 22.

図4はスキマーコーン224の先端部の拡大図である。スキマーコーン224には、銅やニッケルからなるものが用いられる。また、質量分析において夾雑物が混入することを避けるために、99%以上の高い純度の材料からなるものが用いられる。また、本実施例のスキマーコーン224は、先端部の外周面において、それぞれが周方向に形成された3つの溝部224aを備えている。3つの溝部224aはそれぞれ、スキマーコーンの周方向の全体にわたって形成されており、その断面は角部を丸めたL字状である。溝部224aをこのような形状とすることにより、フライス盤を用いる等の加工により該溝部224aを容易に形成することができる。なお、スキマーコーン224の溝部224aと基部の間に形成されている凸部224bは、先端部に触れることなくスキマーコーン224を着脱する等の操作を行うことができるように設けられたものである。なお、この凸部224bは本発明に必須の特徴ではなく、凸部224bのないスキマーコーン224を用いてもよい。 FIG. 4 is an enlarged view of the tip of the skimmer cone 224. As the skimmer cone 224, one made of copper or nickel is used. Further, in order to avoid contamination with impurities in mass spectrometry, a material having a high purity of 99% or more is used. Further, the skimmer cone 224 of the present embodiment includes three groove portions 224a, each of which is formed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the tip portion. Each of the three groove portions 224a is formed over the entire circumferential direction of the skimmer cone, and its cross section is L-shaped with rounded corners. By forming the groove portion 224a in such a shape, the groove portion 224a can be easily formed by processing such as using a milling machine. The convex portion 224b formed between the groove portion 224a of the skimmer cone 224 and the base portion is provided so that the skimmer cone 224 can be attached and detached without touching the tip portion. .. The convex portion 224b is not an essential feature of the present invention, and a skimmer cone 224 without the convex portion 224b may be used.

本実施例のスキマーコーン224は、該スキマーコーン224の外周面の周方向の全体にわたって溝部224aが形成されている点に特徴を有している。これによりスキマーコーン224が溝部224aの位置で肉薄になることから、先端部から基部に向かって熱が伝えられる際に溝部224aの位置で熱が伝わる経路が狭くなる(断面積が小さくなる)。そのため、溝部224aが形成された位置よりも先端側(隔壁と反対側)の熱が基部側に伝わりにくくなる。従って、スキマーコーン224の孔の近傍を試料が通過する際に試料がスキマーコーン224によって冷却されにくくなる。その結果、イオン化した試料が脱イオン化しにくくなるため、スキマーコーン224の頂部の孔の近傍で塩等が析出するのを防止することができる。なお、本発明では、スキマーコーン224に形成する溝部224aは、先端側から5mm以内の位置に少なくとも1つ形成し、該溝部224aの位置よりも先端側で熱を保持するように構成することが好ましい。 The skimmer cone 224 of this embodiment is characterized in that a groove portion 224a is formed over the entire peripheral surface of the skimmer cone 224 in the circumferential direction. As a result, the skimmer cone 224 becomes thin at the position of the groove portion 224a, so that when heat is transferred from the tip portion to the base portion, the heat transfer path at the position of the groove portion 224a becomes narrow (the cross-sectional area becomes small). Therefore, the heat on the tip side (opposite to the partition wall) of the position where the groove portion 224a is formed is less likely to be transferred to the base side. Therefore, when the sample passes near the hole of the skimmer cone 224, the sample is less likely to be cooled by the skimmer cone 224. As a result, the ionized sample is less likely to be deionized, so that it is possible to prevent salt and the like from precipitating in the vicinity of the pores at the top of the skimmer cone 224. In the present invention, at least one groove portion 224a formed in the skimmer cone 224 may be formed at a position within 5 mm from the tip end side, and heat may be retained on the tip end side of the groove portion 224a position. preferable.

従来、例えば特許文献1に記載されているように、先端に向かって徐々に肉薄になるように成型され、その断面が先端側で尖った形状(ナイフエッジ状)のスキマーコーンが用いられている。このような形状のスキマーコーンでは、熱が伝わる経路を先端に向かって徐々に狭くする(断面積を小さくする)ことにより、孔が形成されている先端部が冷却されづらくなるため、塩等の析出を防止する効果が得られる可能性はあるものの、先端側が尖った形状であるため、スキマーコーンの洗浄や交換の際に他の部品等に接触すると損傷したり変形したりしやすい。また、高温のプラズマが継続的に照射されることによって変形しやすい。これに対し、本実施例のスキマーコーン224では、先端部の厚みを適宜に調整して所要の強度を得ることができるため、損傷や変形を抑えることができる。 Conventionally, as described in Patent Document 1, for example, a skimmer cone that is molded so as to gradually become thinner toward the tip and has a sharp cross section (knife edge shape) on the tip side has been used. .. In a skimmer cone having such a shape, by gradually narrowing the heat transfer path toward the tip (reducing the cross-sectional area), it becomes difficult to cool the tip where the hole is formed, so that salt or the like is used. Although there is a possibility that the effect of preventing precipitation can be obtained, since the tip side has a sharp shape, it is easily damaged or deformed when it comes into contact with other parts when cleaning or replacing the skimmer cone. In addition, it is easily deformed by being continuously irradiated with high-temperature plasma. On the other hand, in the skimmer cone 224 of the present embodiment, the thickness of the tip portion can be appropriately adjusted to obtain the required strength, so that damage and deformation can be suppressed.

上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。上記実施例では、スキマーコーン224の外周面において、その全周にわたって断面がL字状の溝部224aを3つ形成したが、溝部224aの形状や数は適宜に変更することができる。本発明に係るスキマーコーンは、先端部から基部に向かって、断面積が小さくなる(肉薄になる)箇所が少なくとも1箇所設けられ、それによって溝部が形成された位置よりも先端側(隔壁と反対側)の熱を基部側に伝わりにくくするという技術的思想に基づくものであり、その範囲内で適宜に変更することができる。 The above embodiment is an example and can be appropriately modified according to the gist of the present invention. In the above embodiment, three groove portions 224a having an L-shaped cross section are formed on the outer peripheral surface of the skimmer cone 224 over the entire circumference thereof, but the shape and number of the groove portions 224a can be appropriately changed. The skimmer cone according to the present invention is provided with at least one portion where the cross-sectional area becomes smaller (thinner) from the tip portion toward the base portion, and the tip end side (opposite to the partition wall) from the position where the groove portion is formed thereby. It is based on the technical idea of making it difficult for the heat on the side) to be transmitted to the base side, and can be changed as appropriate within that range.

図5は変形例のスキマーコーン225の先端部の拡大図である。図5の変形例では、スキマーコーン225の先端部の内周面に、上記実施例と同様に断面がL字状である溝部225aを設けたものである。また、図6は別の変形例のスキマーコーン226の先端部の拡大図である。図6の変形例では、スキマーコーン226の内周面と外周面の両方において、周方向に部分的に溝部226a、226bを形成したものである。図4及び図5に示すような変形例のスキマーコーン225、226を用いることによっても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。溝部には、上述したものの他、V字状の断面を持つもの、半円上の断面を持つもの等、種々のものを用いることができる。 FIG. 5 is an enlarged view of the tip portion of the skimmer cone 225 of the modified example. In the modified example of FIG. 5, a groove portion 225a having an L-shaped cross section is provided on the inner peripheral surface of the tip end portion of the skimmer cone 225 as in the above embodiment. Further, FIG. 6 is an enlarged view of the tip portion of the skimmer cone 226 of another modified example. In the modified example of FIG. 6, the groove portions 226a and 226b are partially formed in the circumferential direction on both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the skimmer cone 226. The same effect as that of the above embodiment can also be obtained by using the skimmer cones 225 and 226 of the modified examples as shown in FIGS. 4 and 5. As the groove, in addition to the above-mentioned ones, various ones such as those having a V-shaped cross section and those having a semicircular cross section can be used.

1…誘導結合プラズマ質量分析装置
10…イオン化部
11…イオン化室
12…プラズマトーチ
13…オートサンプラ
14…ネブライザガス供給源
15…プラズマガス供給源
20…質量分析部
20a…真空チャンバ
21…第1真空室
211…サンプリングコーン
212…冷却ブロック
22…第2真空室
221…イオンレンズ
222…コリジョンセル
223…エネルギー障壁形成電極
224、225、226…スキマーコーン
224a、225a、226a…溝部
24…第3真空室
241…四重極マスフィルタ
2411…プリロッド
2412…メインロッド
242…検出器
30…電源部
40…制御部
41…記憶部
42…分析制御部
60…入力部
70…表示部
1 ... Inductively coupled plasma mass spectrometer 10 ... Ionization unit 11 ... Ionization chamber 12 ... Plasma torch 13 ... Auto sampler 14 ... Nebulizer gas supply source 15 ... Plasma gas supply source 20 ... Mass spectrometer 20a ... Vacuum chamber 21 ... First vacuum Chamber 211 ... Sampling cone 212 ... Cooling block 22 ... Second vacuum chamber 221 ... Ion lens 222 ... Collision cell 223 ... Energy barrier forming electrode 224, 225, 226 ... Skimmer cone 224a, 225a, 226a ... Groove 24 ... Third vacuum chamber 241 ... Quadrupole mass filter 2411 ... Pre-rod 2412 ... Main rod 242 ... Detector 30 ... Power supply unit 40 ... Control unit 41 ... Storage unit 42 ... Analysis control unit 60 ... Input unit 70 ... Display unit

Claims (8)

円錐状の先端部の少なくとも一部の外周面又は/及び内周面において、周方向に形成された溝部を有する
ことを特徴とするスキマーコーン。
A skimmer cone characterized by having a groove formed in the circumferential direction on at least a part of the outer peripheral surface and / and the inner peripheral surface of a conical tip portion.
純度99%以上のニッケル又は銅からなる
ことを特徴とする請求項1に記載のスキマーコーン。
The skimmer cone according to claim 1, which is made of nickel or copper having a purity of 99% or more.
先端部に形成されている孔の径が1.0mm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のスキマーコーン。
The skimmer cone according to claim 1, wherein the diameter of the hole formed in the tip portion is 1.0 mm or less.
前記溝部がスキマーコーンの外周側に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のスキマーコーン。
The skimmer cone according to claim 1, wherein the groove is formed on the outer peripheral side of the skimmer cone.
前記溝部の断面がL字状である
ことを特徴とする請求項1に記載のスキマーコーン。
The skimmer cone according to claim 1, wherein the cross section of the groove portion is L-shaped.
前記溝部が先端から5mm以内の位置に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のスキマーコーン。
The skimmer cone according to claim 1, wherein the groove is formed at a position within 5 mm from the tip.
前記溝部が複数形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のスキマーコーン。
The skimmer cone according to claim 1, wherein a plurality of the grooves are formed.
a) 原料ガスから生成したプラズマによって試料をイオン化するイオン化部と、
b) 大気圧よりも低い第1圧力に維持される第1空間と、該第1圧力よりも低い第2圧力に維持され前記イオン化部で生成されたイオンを質量分離する質量分離部や該質量分離部を通過したイオンを検出する検出器とが収容される第2空間とに区画された真空チャンバと、
c) 前記第1空間と前記第2空間とを区画する隔壁の、該第1空間の側に設けられたスキマーコーンであって、円錐状の先端部の少なくとも一部の外周面又は/及び内周面において、周方向に形成された溝部を有するスキマーコーンと
を備えることを特徴とする誘導結合プラズマ質量分析装置。
a) An ionization unit that ionizes the sample with plasma generated from the raw material gas,
b) A mass separator and its mass that separate the first space maintained at a first pressure lower than atmospheric pressure and the ions generated at the ionization section maintained at a second pressure lower than the first pressure. A vacuum chamber partitioned into a second space in which a detector for detecting ions that have passed through the separation section is housed,
c) A skimmer cone provided on the side of the first space of the partition partition separating the first space and the second space, and at least a part of the outer peripheral surface and / or inside of the conical tip portion. An inductively coupled plasma mass spectrometer characterized by including a skimmer cone having a groove formed in the circumferential direction on the peripheral surface.
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